P4250105

Rozdział VI

Charakterystyki przepływowe palisad profili — podkładki obliczeniowe

1. Straty energii kinetycznej w przepływie przez wieńce łopatkowe

Straty energii przepływu w palisadach turbinowych można w przybliżeniu podzielić na kilka strat składowych. Ściśle biorąc, straty składowe są wzajemnie związane, jednak przyjęto - w przybliżeniu — traktować je oddzielnie. Wobec tego straty w palisadzie zapisujemy jako sumę strat składowych:

C = C_p+C,+C,+C_d ,

(VI. 1)

gdzie: t_p — straty profilowe, £, — straty brzegowe, C* — straty wachlarzowości, C«, — straty dodatkowe.

1.    Straty profilowe określone są dla opływu płaskiej palisady o długich łopatkach, mierzone w środku wysokości palisady.

2.    Straty brzegowe związane są z efektami występującymi na poprzecznych ograniczeniach kanału i wynikają ze skończonej smukłości łopatki T m

3.    Straty wachlarzowości ę_; wynik-jn ze zmian opływu palisady pierścieniowej w porównaniu z palisadą płaską.

4.    Straty dodatkowe (₄ zachodzą przy współpracy palisady nieruchomej (kierowniczej) z wirnikową w stopniu turbiny i wiążą się z dodatkowymi czynnikami konstrukcyjnymi, jak przykrycia, druty usztywniające itd.

Straty profilowe można rozłożyć na dwie główne '.kładowe: A. straty tarcia. B. straty krawędziowe. Omówimy je kolejno.

A. Warstwa przyścienna i straty tarcia Straty tarcia w przepływie przez palisadę profili wynikają z lepkości gazu. Rozwiązanie ścisłe zagadnienia przepływu czynnika lepkiego ze względu na złożoność równań Nav[fr-Stokesa jest bardzo trudne .'ab praktycznie niemożliwe. Dlatego też poszukiwano przybliżonych metod przydatnych w roz-

wiązaniach praktycznych. Jedna i nich opiera się na pojęciu warstwy przyściennej wprowadzonym przez Prandtu w 1904 r.

W zakresie dużych liczb Reynoldsa, z jakimi mamy do czynienia w turbinach cieplnych, siły lepkości nie odgrywają większej roli. Im większa jest liczba Reynoldsa, tym bardziej zbliżamy się do przepływu czynnika nielep-kiego, idealnego.

Opieranie się na czynniku nielepkim nie pozwala jednak na wyznaczenie strat przepływu. Wiemy, że dzięki siłom adhezji prędkość płynu rzeczywistego na powierzchni opływanej ścianki jest równa zeru. Tuż przy ściance w tak zwanej warstwie przyściennej - niekiedy bardzo cienkiej - prędkość wzrasta od zera do prędkości odpowiadającej przepływowi idealnemu. Występują w niej znaczne gradienty prędkości i związane z nimi naprężenia styczne oraz straty przepływu.

Ta warstwa płynu znajdująca się w pobliżu opływanej ścianki, mierzona prostopadle do tej ścianki, nosi nazwę warstwy przyściennej. Umówiono się, że przez grubość warstwy przyściennej rozumiemy taką odległość od ścianki, na której prędkość czynnika jest mniejsza od prędkości przepływu idealnego o 1%.

Warstwie przyściennej poświęcona jest obszerna literatura*, której tu omawiać nie będziemy. Przytoczymy tylko niektóre wnioski ważne dla zrozumienia przepływów w palisadach.

W trakcie przepływu siły tarcia w warstwie przyściennej powodują hamowanie strumienia i wzrost grubości warstwy przyściennej (rys. VI. I).

Przepływ w warstwie przyściennej jest najpierw laminarny, a później turbulentny, w zależności od turbulencji początkowej oraz liczby Reynoldsa,

Re = cx/v, gdzie: x - droga przebyta przez cząsteczkę płynu wzdłuż ścianki. Ponieważ oscylacje występujące w przepływie turbulentnym muszą zanikać przy ściance (wpływ adhezji), zatem pod warstwą turbulentną tworzy się zawsze cienka warstwa laminama.

c

Rys. VI. 1. Rozkład prędkości w warstwie przyściennej; A - punkt oderwania warstwy przyściennej

Np. Schfichting H., Grenzschichllhenrie, Karlsruhe. Brown 1965.